Wie Motion-Capture-Technologie den 3D-Druck auf Organen ermöglicht

Forscher der University of Minnesota haben einen bahnbrechenden Entdeckung im medizinischen 3D-Druck gemacht. Mittels modernster Motion-Capture-Technologie ist es Ihnen gelungen, auf Organen zu drucken. Diese Technologie wird normalerweise bei der Filmherstellung verwendet, um Spezialeffekte zu erzeugen, aber vor kurzem wurde sie erfolgreich für die additive Fertigung im medizinischen Bereich getestet. Diese Erfindung wäre vor einigen Jahren noch undenkbar gewesen, doch heute soll sie in der Praxis Anwendung finden, um Lungen von COVID-19-Patienten zu überwachen.

Obwohl die additive Fertigung den Druck mit den verschiedensten Materialien wie Kunststoffen, Metallen und organischen Materialien unterstützt, hat es gedauert, bis sich der Druck von Letzterem durchgesetzt hat. Der Grund dafür ist, dass das 3D-Drucken von dem entsprechenden Material sehr anspruchsvoll ist. Die Sensoren müssen sich an die sich ständig ändernden Parameter des Organs anpassen, schließlich stehen lebende Organe nie still, sondern sind Ausdehnungsprozessen unterworfen. Die Forscher an der UMN haben jedoch eine neue Technik entwickelt, die dieses Hindernis überwindet, indem sie mit Hilfe von Dual-Kameras eine Lösung für den 3D-Druck in Echtzeit gefunden haben.

(Bildnachweis: Science Advances)

Die Forscher vermuteten, dass der Deformierungsraum der Oberfläche aus einem Datensatz von 3D-Scans erlernt werden könne. Dies würde es ermöglichen, die genaue Oberflächengeometrie in 3D wiederherzustellen und zur Anpassung des 3D-Druckwerkzeugwegs in Echtzeit zu nutzen. Für die Mission verwendeten die Forscher Motion-Capture-Tracking-Marker, die denen aus der Filmindustrie ähneln, um dem 3D-Drucker zu helfen, seinen Druckweg an die Ausdehnungs- und Zusammenziehungsbewegungen des Organs anzupassen. Um ihre neuartige Sensor- und Bewegungserfassungstechnik zu demonstrieren, druckten die Wissenschaftler einen hydrogelbasierten EIT-Dehnungssensor (Elektrische Impedanz-Tomografie) auf eine atmende Lunge, um deren Verformung zu überwachen.

Die Forscher räumen ein, dass die Biokompatibilität der Sensoren weiter verbessert und die Gesamtpräzision der Technik in Zukunft verbessert werden soll. Sobald dies geschehen sei, könne diese Methode neue chirurgische Anwendungen für den Biodruck ermöglichen. Beispielsweise könnte das autonome 3D-Drucken langfristig in Krankenhäusern die manuelle Bedienung ersetzen, um eine präzise räumliche Kontrolle über längere Zeiträume zu erreichen.

Es ist wahrscheinlich, dass diese 3D-Drucktechnik in naher Zukunft robotergestützte medizinische Behandlungen durch die additive Fertigung verbessern wird, die ein autonomes und direktes Drucken von Biomaterial auf und im menschlichen Körper ermöglichen. Professor Michael McAlpine, leitender Forscher des Projekts, erklärt: „Wir verschieben die Grenzen des 3D-Drucks in einer Weise, die wir uns vor Jahren noch nicht einmal vorstellen konnten. In Zukunft wird es beim 3D-Druck nicht mehr nur um das Drucken gehen, sondern es wird Teil eines größeren autonomen Robotersystems sein. Dies könnte für Krankheiten wie COVID-19 wichtig sein, bei denen die Gesundheitsversorger bei der Behandlung von Patienten gefährdet sind.“

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